Unlock

ADSORPSI ION LOGAM TEMBAGA (Cu) DAN TIMBAL (Pb)

OLEH ARANG SABUT KELAPA DALAM AIR LIMBAH

UMUHANI

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2014 M / 1435 H

ADSORPSI ION LOGAM TEMBAGA (Cu) DAN TIMBAL (Pb) OLEH

ARANG SABUT KELAPA DALAM AIR LIMBAH

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Oleh :

UMUHANI

107096002858

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2014 M / 1435 H

PERNYATAAN

DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH

HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI

SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU

LEMBAGA MANAPUN.

Jakarta, Maret 2012

Umuhani

107096002858

ABSTRAK

UMUHANI. Adsorpsi Ion Logam Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) Oleh Arang

Sabut Kelapa Dalam Air Limbah. Dibimbing Oleh NURHASNI dan

HENDRAWATI.

Penelitian adsorpsi ion logam tembaga (Cu) dan timbal (Pb) oleh arang

sabut kelapa dalam air limbah telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk

mengoptimalkan pemanfaatan sebagai hasil limbah sebagai adsorben logam berat

serta mengetahui kondisi optimum untuk proses adsorpsi ion logam Cu dan Pb

oleh arang sabut kelapa. Penelitian ini dilakukan dengan metode batch dengan

menggunakan shaker incubation. Parameter yang diteliti untuk mengetahui

kondisi optimum adalah massa adsorben, pH, konsentrasi ion logam, lama

pengadukan, dan temperatur pengarangan. Tipe isoterm adsorpsi ion logam Cu

dan Pb dipelajari dengan dua tipe isoterm yaitu tipe isoterm adsorpsi Langmuir

dan Freundlich. Tipe isoterm yang sesuai dengan data eksperimen diuji dengan

metode regresi linier. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum

adsorpsi ion logam Cu dan Pb adalah pada massa adsorben 1,5 g, pH untuk ion

logam Cu adalah pH 6 sedangkan untuk ion logam Pb adalah pH 4, konsentrasi

ion logam 10 mg/L, lama pengadukan 30 menit, dan temperatur pengarangan

250oC. Tipe isoterm adsorpsi untuk ion logam tembaga (Cu) dan timbal (Pb)

sesuai dengan tipe isoterm Freundlich.

Kata kunci : Adsorpsi, adsorben, arang sabut kelapa, dan tipe isoterm

adsorpsi.

ABSTRACT

UMUHANI. Adsorption Of Metallic Copper (Cu) and Lead (Pb) Ion By Husk

Coconut Charcoal In Liquid Waste. Advicer by NURHASNI and

HENDRAWATI.

The research about adsorption of Copper (Cu) and lead (Pb) metal ion by

husk coconut charcoal in liquid waste has been done. The objective of the

experiment is to use of husk coconut waste as adsorbent copper (Cu) and lead (Pb)

in liquid waste and to know optimum condition for adsorption of metallic copper

(Cu) and lead (Pb) ion with use husk coconut charcoal as adsorbent. This

experiment was carry out in a batch method by using shaker incubation. The

variables studied in this experiment is adsorbent mass, pH, metallic ion

concentration, shaking time, and temperature for charcoal kiln. The isotherm

adsorption model of Cu and Pb was studied by both the isotherm model of

Langmuir and Freundlich. The isotherm model was in accordance with the data of

experiment by the regression linear method. The result showed that the optimum

condition for adsorption of metallic copper (Cu) and lead (Pb) ion with used husk

coconut charcoal as adsorbent is 1,5 g (adsorbent mass), optimum pH for copper

ion is pH 6 and lead ion is pH 4, metallic ion concentration is 10 mg/L, shaking

time is 30 minutes, and temperature for charcoal kiln is 250oC. Adsorption of

copper (Cu) and lead (Pb) ion more suitable to the Freundlich isotherm model.

Keywords : Adsorption, adsorbent, husk coconut charcoal, and isotherm

adsorption model.

ii

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena dengan izin dan perkenanNya

penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Adsorpsi Ion Logam

Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) Oleh Arang Sabut Kelapa Dalam Air

Limbah . Tak lupa pula shalawat serta salam kami curahkan kepada baginda

Nabi Muhammad SAW sebab karena Beliaulah kami dapat hijrah dari zaman

kebodohan ke zaman yang penuh dengan kemajuan IPTEK seperti saat ini.

Skripsi ini tidak mungkin dapat diselesaikan tanpa semua pihak yang

memberikan bimbingan dan dukungannya. Untuk itu pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang turut berpartisipasi dan

memberikan batuan, dorongan, serta motivasi sehingga skripsi ini dapat

terselesaikan. Ucapan terima kasih ini ditujukan kepada :

1. Nurhasni, M.Si, sebagai Dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan

memberikan saran dalam menyelesaikan Tugas Akhir dan penulisan skripsi.

2. Hendrawati, M.Si, sebagai Dosen Pembimbing II yang telah membimbing

dan memberikan saran dalam menyelesaikan penulisan skripsi.

3. Drs. Dede Sukandar, M.Si, sebagai Ketua Program Studi Kimia Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

4. DR. Agus Salim, M.Si, sebagai Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN

Syarif Hidayatullah Jakarta.

5. Kepala Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan

penelitian di tempat ini,

iii

6. Seluruh dosen kimia yang telah memberikan ilmu dan pengalamannya

kepada penulis.

7. Ayah dan Mama serta Adik-adikku (Fadli, Qonita, dan Millah) yang selalu

memberikan kasih sayang, motivasi, dan doa kepada penulis agar menjadi

yang terbaik.

8. Abang Basyir yang selalu memberikan kasih sayang, motivasi, dan doa

kepada penulis agar menjadi yang terbaik.

9. Seluruh Staff Laboran Laboratorium Kimia PLT UIN Jakarta.

10. Seluruh Staff analis Laboratorium Analitik BTL Serpong.

11. Teman-teman Program Studi Kimia angkatan 2007 yang telah memberikan

motivasi kepada penulis.

Semoga Allah SWT membalas segala amal perbuatan dan selalu

memberikan kemudahan, rahmat, karunia, dan perlindungan-Nya kepada kita

semua. Amin.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari

kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang

membangun agar dapat menjadi pelajaran dalam penulisan berikutnya untuk

menjadi lebih baik.

Jakarta, Maret 2012

Penulis

iv

DAFTAR ISI

Hal

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI.............. iv

DAFTAR GAMBAR. vii

DAFTAR TABEL. ix

DAFTAR LAMPIRAN.. x

BAB I PENDAHULUAN.. 1

1.1. Latar Belakang. 1

1.2. Perumusan Masalah......... 3

1.3. Hipotesis...... 3

1.4. Tujuan Penelitian 4

1.5. Manfaat Penelitian.. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1. Kelapa 5

2.2. Sabut Kelapa.. 6

2.3. Pirolisis. 7

2.3.1. Pirolisis Selulosa. 8

2.3.2. Pirolisis Hemiselulosa. 9

2.3.3. Pirolisis Lignin 10

2.4. Arang 12

2.5. Adsorpsi 13

2.5.1. Metode Sorpsi...... 16

2.5.2. Faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi. 17

v

2.6. Isoterm Adsorpsi. 18

2.6.1. Isoterm Langmuir. 20

2.6.2. Isoterm Freundlich... 21

2.7. Logam Berat 22

2.7.1. Tembaga (Cu) 23

2.7.2. Timbal (Pb) 24

2.8. Spektroskopi Serapan Atom (SSA). 25

2.8.1. Prinsip Spektroskopi Serapan Atom (SSA)... 26

2.8.2. Metode Analisis 30

BAB III METODE PENELITIAN. 33

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian. 33

3.2. Alat dan Bahan 33

3.2.1. Alat 33

3.2.2. Bahan. 33

3.3. Preparasi Sampel Sabut Kelapa 34

3.4. Penentuan Kondisi Optimum 34

3.4.1. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan

Ion Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) 34

3.4.2. Pengaruh pH Terhadap Penyerapan Ion Tembaga (Cu) dan

Timbal (Pb). 34

3.4.3. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan Ion Tembaga (Cu)

dan Timbal (Pb).. 35

3.4.4. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion Tembaga

(Cu) dan Timbal (Pb) 35

3.4.5. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan Ion

Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb).. 36

3.5. Aplikasi Limbah 36

vi

3.6. Bagan Alir Penelitian. 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN.. 39

4.1. Penentuan Kondisi Optimum. 39

4.1.1. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan

Ion Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb).. 40

4.1.2. Pengaruh pH Terhadap Penyerapan Ion Tembaga (Cu)

dan Timbal (Pb). 41

4.1.3. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan

Ion Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) 43

4.1.4. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan

Ion Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb).. 44

4.1.5. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan

IonTembaga (Cu) dan Timbal (Pb) 45

4.2. Aplikasi Penyerapan Ion Logam Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb)

Dalam Air Limbah 47

4.3. Isoterm Adsorpsi.. 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 52

5.1. Kesimpulan. 52

5.2. Saran 53

DAFTAR PUSTAKA 54

LAMPIRAN.. 58

vii

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 1. Penampang Membujur Buah kelapa 5

Gambar 2. Sabut Kelapa... 6

Gambar 3. Struktrur Rantai Selulosa 8

Gambar 4. Struktur Hemiselulosa 9

Gambar 5. Struktur Lignin 11

Gambar 6. (a) Arang Sabut Kelapa (b) Struktur Ikatan Karbon dalam Arang.. 12

Gambar 7. Kurva Isoterm Langmuir. 20

Gambar 8. Kurva Isoterm Freundlich.. 21

Gambar 9. Komponen-Komponen Utama SSA... 27

Gambar 10. Lampu Katoda. 28

Gambar 11. Nebulizer, Burner, dan Spray Chamber... 28

Gambar 12. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan Ion Logam

Cu dan Pb (Volume Larutan 20 mL, Konsentrasi Ion

Logam 10 mg/L, Lama Pengadukan 30 menit,

dan Temperatur Pengarangan 250 oC ). 40

Gambar 13. Pengaruh pH Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu dan Pb

(Volume Larutan 20 mL, Konsentrasi Ion Logam 10 mg/L,

Lama Pengadukan 30 menit, dan

Temperatur Pengarangan 250 oC).. 41

Gambar 14. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan Ion Logam

Cu dan Pb (Volume Larutan 20 mL, Lama Pengadukan

30 menit, dan Temperatur Pengarangan 250 oC ) 43

Gambar 15. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion

Logam Cu dan Pb (Volume Larutan 20 mL,

Konsentrasi Ion Logam 10 mg/L,

dan Temperatur Pengarangan 250 oC ).. 44

Gambar 16. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan

Ion Logam Cu dan Pb (Volume Larutan 20 mL, Konsentrasi

Ion Logam 10 mg/L, dan Lama Pengadukan 30 menit). 46

viii

Gambar 17. Kurva (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich

Adsorpsi Ion Logam Tembaga (Cu)

Oleh Arang Sabut Kelapa............................................................ 50

Gambar 18. Kurva (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich

Adsorpsi Ion Logam Timbal (Pb)

Oleh Arang Sabut Kelapa............................................................. 51

ix

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 1. Komposisi Buah Kelapa (Palungkun, 2000)........ 5

Tabel 2. Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Cu dan Pb Oleh Sabut Kelapa 39

Tabel 3. Aplikasi Penyerapan Ion Logam Cu dan Pb Oleh Arang sabut

Kelapa dan Arang Tongkol jagung (Lestari,2012) dalam Air Limbah.. 48

Tabel 4. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu 58

Tabel 5. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan Ion Logam Pb 58

Tabel 6. Pengaruh pH Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu.... 58

Tabel 7. Pengaruh pH Terhadap Penyerapan Ion Logam Pb.... 58

Tabel 8. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu...59

Tabel 9. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan Ion Logam Pb ...59

Tabel 10. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu 59

Tabel 11. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion Logam Pb... 59

Tabel 12. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan

Ion Logam Cu.. 60

Tabel 13. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan

Ion Logam Pb.... 60

Tabel 14. Perhitungan Kurva Isoterm Langmuir pada Adsorpsi

Ion Logam Cu oleh Arang Sabut Kelapa.. 61

Tabel 15. Perhitungan Kurva Isoterm Langmuir pada Adsorpsi

Ion Logam Pb oleh Arang Sabut Kelapa.. 61

Tabel 16. Perhitungan Kurva Isoterm Freundlich pada Adsorpsi

Ion Logam Cu oleh Arang Sabut Kelapa... 62

Tabel 17. Perhitungan Kurva Isoterm Freundlich pada Adsorpsi

Ion Logam Pb oleh Arang Sabut Kelapa... 62

x

DAFTAR LAMPIRAN

Hal

Lampiran 1. Data Penentuan Kondisi Optimum.... 58

Lampiran 2. Penentuan Isoterm Langmuir pada Adsorpsi Ion Logam

Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) oleh Arang Sabut Kelapa. 61

Lampiran 3. Penentuan Isoterm Freundlich pada Adsorpsi Ion Logam

Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) oleh Arang Sabut Kelapa.. 62

Lampiran 4. Kurva Kalibrasi Ion Logam Cu.. 63

Lampiran 5. Kurva Kalibrasi Ion Logam Pb... 64

Lampiran 6. Pembuatan Larutan Untuk Preparasi Sampel. 65

Lampiran 7. Pembuatan Larutan Buffer Sitrat dan Posfat.. 66

Lampiran 8. Contoh Perhitungan Efisiensi dan Kapasitas Penyerapan. 67

Lampiran 9. Dokumentasi Alat Penelitian. 68

Lampiran 10. Dokumentasi Bahan Penelitian.. 69

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Negara Indonesia merupakan negara yang proses industrialisasinya

sedang mengalami perkembangan yang cukup pesat. Akibat perkembangan proses

industrialisasi tersebut dihasilkan berbagai jenis limbah industri berupa limbah

cair, padat, maupun gas yang dapat mengakibatkan terjadinya pencemaran

lingkungan. Limbah cair pada industri ini memberikan kontribusi terhadap

pelepasan logam berat beracun di dalam aliran air.

Logam dapat membahayakan bagi kehidupan manusia jika konsentrasinya

melebihi ambang batas yang diizinkan. Air limbah dari perindustrian dan

pertambangan merupakan sumber utama polutan logam berat. Namun demikian,

meskipun konsentrasinya belum melebihi ambang batas, keberadaan logam berat

telah diketahui bersifat akumulatif dalam sistem biologis (Quek dkk., 1998).

Tersebarnya logam berat seperti tembaga dan timbal diatas ambang batas

yang diizinkan akan menimbulkan keracunan pada manusia dan dapat

menyebabkan kematian (Kundari dkk., 2008). Oleh karena itu, diperlukan usaha-

usaha untuk menanggulangi masalah pencemaran lingkungan dari logam berat

seperti tembaga dan timbal agar konsentrasi logam berat yang terkandung dalam

air limbah berada dalam batas aman atau hilang.

Beberapa metode untuk menghilangkan logam berat dari air limbah telah

dilakukan dengan proses secara fisika dan kimia yang meliputi presipitasi,

koagulasi, proses reduksi membran, dan pertukaran ion. Tetapi metode-metode

tersebut kurang ekonomis terutama bagi negara-negara yang sedang berkembang.

2

Usaha pengendalian dan pengolahan limbah logam saat ini semakin berkembang,

yang mengarah pada metode baru yang murah, efektif, dan efisien.

Proses adsorpsi merupakan teknik pemurnian dan pemisahan yang efektif

dipakai dalam industri karena dianggap lebih ekonomis dalam pengolahan air dan

limbah (Al-Asheh, et al., 2000) dan merupakan teknik yang sering digunakan

untuk mengurangi ion logam berat dalam air limbah (Selvi et al., 2001).

Pemanfaatan biomaterial dari limbah pertanian untuk menyerap senyawa-senyawa

beracun seperti logam berat telah banyak diteliti, diantaranya sekam padi

(Saniyyah, 2010), genjer (Nurhasni, 2002), ampas tebu (Apriliani, 2010), arang

tongkol jagung (Lestari, 2012), dan kulit kacang tanah (Marshall et al., 1996).

Dari penelitian yang telah dilakukan memperlihatkan bahwa biomaterial

yang mengandung gugus fungsi antara lain karboksil, amino, sulfat, polisakarida,

lignin dan sulfihidril mempunyai kemampuan penyerapan yang baik (Volesky,

2004).

Sabut kelapa adalah hasil limbah dari penjual minuman es kelapa yang

belum termanfaatkan secara optimal sehingga membawa masalah tersendiri bagi

lingkungan karena dianggap sebagai limbah. Limbah sabut kelapa dapat di proses

menjadi arang atau karbon aktif yang berpotensi sebagai adsorben, karena secara

kimiawi, komponen utama penyusun sabut kelapa adalah serat yang didalamnya

terkandung gugus selulosa, poliosa seperti hemiselulosa, lignoselulosa, dan lignin

yang mempunyai kemampuan adsorpsi yang baik (Mahmud, 2005) yang akan

dirubah menjadi arang yang tersusun dari atom karbon.

Penggunaan arang sabut kelapa sebagai alternatif biomaterial penyerap

ion-ion logam berat merupakan proses penghematan sumber daya alam dan

3

merupakan salah satu cara bagi pengolahan limbah, seperti yang dikemukakan

oleh para pakar lingkungan bahwa sebaik-baiknya pengolahan limbah adalah

dengan cara daur ulang. Selain itu, karena sabut kelapa mudah didapatkan serta

dapat diregenerasi dan dari sisi ekonomis harga sabut kelapa yang murah

dibanding penyerap sintetis lain, maka hal ini menjadi keuntungan tersendiri

dalam penggunaan arang sabut kelapa sebagai penyerap ion-ion logam (Fatoni,

2009).

Dalam penelitian ini akan diselidiki kemampuan arang sabut kelapa dalam

menyerap ion-ion logam, yaitu tembaga (Cu) dan timbal (Pb) didalam air limbah.

1.2. Perumusan Masalah

1. Apakah arang sabut kelapa dapat menyerap ion logam Cu dan Pb didalam

air limbah ?

2. Berapa efisiensi dan kapasitas penyerapan arang sabut kelapa sebagai

adsorben terhadap ion logam Cu dan Pb ?

1.3. Hipotesis

1. Arang sabut kelapa dapat menyerap ion logam Cu dan Pb didalam air

limbah.

2. Efisiensi dan kapasitas penyerapan arang sabut kelapa terhadap ion logam

Cu dan Pb didalam air limbah dapat mencapai 100%.

4

1.4. Tujuan Penelitian

1. Menguji dan menganalisis kemampuan arang sabut kelapa dalam menyerap

ion logam Cu dan Pb serta menentukan kondisi optimum terhadap beberapa

parameter yang digunakan antara lain massa adsorben, pH, konsentrasi ion

logam, lama pengadukan, dan temperatur pengarangan.

2. Mengoptimalkan pemanfaatan sabut kelapa sebagai hasil limbah sebagai

adsorben logam berat.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Memberi alternatif terhadap pemanfaatan limbah sabut kelapa sebagai

adsorben ion logam Cu dan Pb di dalam air limbah sehingga dapat

mengurangi terjadinya pencemaran lingkungan yang disebabkan karena

terkontaminasi limbah oleh logam berat.

2. Memberi pengetahuan dan informasi tentang kemampuan adsorpsi arang

sabut kelapa dalam mengadsorpsi ion logam Cu dan Pb.

3. Memberi pengetahuan dan informasi tentang kondisi optimum (massa

adsorben, pH, konsentrasi ion logam, lama pengadukan, dan temperatur

pengarangan) dalam proses adsorpsi arang sabut kelapa.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kelapa

Kelapa dikenal sebagai tanaman yang serbaguna karena seluruh bagian

tanaman ini bermanfaat bagi kehidupan manusia serta mempunyai nilai ekonomis

yang cukup tinggi. Salah satu bagian yang terpenting dari tanaman kelapa adalah

buah kelapa.

Buah kelapa terdiri dari beberapa komponen yaitu kulit luar (epicarp),

sabut (mesocarp), tempurung kelapa (endocarp), daging buah (endosperm), dan

air kelapa (Palungkun, 2001). Adapun komposisi buah kelapa disajikan pada

Tabel 1 berikut.

Tabel 1. Komposisi buah kelapa (Palungkun, 2001)

Bagian buah Jumlah berat (%)

Sabut

Tempurung

Daging buah

Air kelapa

35

12

28

25

Komponen-komponen penyusun buah kelapa disajikan pada Gambar 1 berikut:

Keterangan :

1. Kulit luar (epicarp) 4. Daging buah (endosperm)

2. Sabut (mesocarp) 5. Air kelapa

3. Tempurung (endocarp)

Gambar 1. Penampang Membujur Buah Kelapa

6

2.2. Sabut Kelapa

Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa yang membungkus

tempurung kelapa (Gambar 2). Sabut kelapa merupakan bagian terbesar dari buah

kelapa yaitu 35% dari bobot buah kelapa. Ketebalan sabut kelapa berkisar 5-6 cm

yang terdiri atas lapisan luar (exocarpium) dan lapisan dalam (endocarpium).

Gambar 2. Sabut Kelapa

Endokarpium mengandung serat-serat halus yang dapat digunakan sebagai

bahan pembuat tali, karung, pulp, karpet, sikat, keset, isolator panas dan suara,

filter, dan bahan pengisi jok kursi /mobil. Satu butir buah kelapa rata-rata

menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30% serat. Komposisi kimia sabut

kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous acid, arang, tannin, dan

potassium (Rindengan et al., 1995).

Di kalangan kimiawan dan pakar lingkungan hidup, kelapa juga dapat di

dayagunakan sebagai adsorben/penyerap. Untuk polutan yang masuk ke tubuh

manusia seperti keracunan pestisida ataupun kation logam seperti Pb, Hg, Cd, dan

sebagainya, air kelapa sangat dianjurkan untuk diminum. Hal ini dikarenakan air

kelapa dapat menetralkan racun sebagaimana susu.

Untuk polutan yang masuk ke lingkungan hidup, bagian dari sabut dan

tempurung kelapa sangat potensial didayagunakan sebagai adsorben terutama

7

untuk polutan logam berat yang sangat berbahaya bagi manusia. Sebagai contoh

untuk masyarakat yang air minumnya bergantung pada air sumur dapat

memanfaatkan matras sabut kelapa yang telah dicelup pada zat pewarna wantex

untuk menyerap logam berat Mangan (Mn) dengan hasil 1 g matras - wantex

dapat menyerap 4,69 mg Mn (Mahmud, 2005).

2.3. Pirolisis

Pirolisis adalah proses pemanasan suatu zat tanpa adanya oksigen dan

terjadi penguraian komponen-komponen penyusun dari suatu materi. Istilah lain

dari pirolisis adalah penguraian yang tidak teratur dari bahan-bahan organik yang

disebabkan oleh adanya pemanasan tanpa berhubungan dengan udara luar.

Pemanasan tanpa berhubungan dengan udara dan diberi suhu yang cukup tinggi

akan terjadi reaksi penguraian dari senyawa-senyawa kompleks penyusun suatu

materi dan menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu padatan, cairan, dan gas

(Widjaya, 1982).

Pirolisis adalah penguraian bahan-bahan organik pada temperatur tinggi di

bawah kondisi non-oksidatif. Pirolisis dilaksanakan pada kondisi temperatur di

atas 250oC. Pirolisis terkait dengan pendaurulangan bahan-bahan yang dapat

diuraikan secara termal untuk menghasilkan produk-produk yang bernilai

(Prananta, 2010). Reaksi pirolisis dapat diterangkan secara teori. Sebagai contoh,

pirolisis selulosa :

(C6 H10 O5)n 6n C + 5n H2O

Pirolisis yang banyak digunakan dalam industri kimia, misalnya, untuk

menghasilkan arang, karbon aktif, metanol dan bahan kimia lainnya dari kayu,

8

untuk mengubah etilen diklorida ke vinil klorida untuk membuat PVC, untuk

memproduksi kokas dari batubara, untuk mengubah biomassa menjadi gas

sintesis, untuk mengubah limbah menjadi bahan sekali pakai dengan aman, dan

untuk retak menengah-berat hidrokarbon dari minyak untuk memproduksi lebih

ringan yang seperti bensin.

2.3.1. Pirolisis Selulosa

Selulosa adalah makromolekul yang dihasilkan dari kondensasi linear

struktur heterosiklis molekul glukosa (Gambar 3). Selulosa terdiri dari 100-1000

unit glukosa (Fengel dan Wegener, 1995). Selulosa mendominasi karbohidrat

yang berasal dari tumbuh-tumbuhan hampir mencapai 50% karena selulosa

merupakan bagian yang terpenting dari dinding sel tumbuh-tumbuhan. Selulosa

ditemukan dalam tanaman yang dikenal sebagai mikrofibril dengan diameter 2-20

nm dan panjang 100-40000 nm).

Gambar 3. Struktur Rantai Selulosa

Selulosa merupakan -1,4 poli glukosa, dengan berat molekul sangat

besar. Unit ulangan dari polimer selulosa terikat melalui ikatan glikosida yang

mengakibatkan struktur selulosa linier. Keteraturan struktur tersebut juga

menimbulkan ikatan hidrogen secara intra dan intermolekul.

(eckonopianto.blogspot.com/2009/04.selulosa.html)

9

Gugus fungsional dari rantai selulosa adalah gugus hidroksil. Gugus OH

ini dapat berinteraksi satu sama lain dengan gugus O, -N, dan S, membentuk

ikatan hidrogen. Ikatan H juga terjadi antara gugus OH selulosa dengan air.

Gugus-OH selulosa menyebabkan permukaan selulosa menjadi hidrofilik. Rantai

selulosa memiliki gugus-H di kedua ujungnya. Ujung C1 memiliki sifat

pereduksi. Struktur rantai selulosa distabilkan oleh ikatan hidrogen yang kuat

disepanjang rantai. Di dalam selulosa alami dari tanaman, rantai selulosa diikat

bersama-sama membentuk mikrofibril yang sangat terkristal dimana setiap rantai

selulosa diikat bersama-sama dengan ikatan hidrogen (Pertiwi, 2009).

Selulosa terdekomposisi pada temperatur 280oC dan berakhir pada 300-

350oC. Girard (1992), menyatakan bahwa pirolisis selulosa berlangsung dalam

dua tahap, yaitu tahap pertama adalah reaksi hidrolisis menghasilkan glukosa.

Tahap kedua merupakan reaksi yang menghasilkan asam asetat dan homolognya,

bersama-sama air dan sejumlah kecil furan dan fenol (Prananta, 2010).

2.3.2. Pirolisis Hemiselulosa

Hemiselulosa merupakan polimer dari beberapa monosakarida seperti

pentosa (C5H8O4) dan heksosa (C6H10O5). Hemiselulosa merupakan suatu

polisakarida yang terdapat dalam tanaman dan tergolong senyawa organik.

Struktur hemiselulosa ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Struktur Hemiselulosa

10

Hemiselulosa bersifat non-kristalin dan tidak bersifat serat, mudah

mengembang karena itu hemiselulosa sangat berpengaruh terhadap bentuknya

jalinan antara serat pada saat pembentukan lembaran, lebih mudah larut dalam

pelarut alkali dan lebih mudah dihidrolisis dengan asam (Pertiwi, 2009).

Pirolisis pentosa menghasilkan furfural, furan dan derivatnya beserta satu

seri panjang asam-asam karboksilat. Pirolisis heksosa terutama menghasilkan

asam asetat dan homolognya. Hemiselulosa akan terdekomposisi pada temperatur

200-250oC (Herwanto, 2006).

Perbedaan hemiselulosa dengan selulosa yaitu hemiselulosa mudah larut

dalam alkali tapi sukar larut dalam asam, sedang selulosa adalah sebaliknya.

Hemiselulosa juga bukan merupakan serat-serat panjang seperti selulosa. Hasil

hidrolisis selulosa akan menghasilkan D-glukosa, sedangkan hasil hidrolisis

hemiselulosa akan menghasilkan D-xilosa dan monosakarida lainnya (Winarno,

1984).

2.3.3. Pirolisis Lignin

Lignin merupakan sebuah polimer kompleks yang mempunyai berat

molekul tinggi dan tersusun atas unit-unit fenil propana (Gambar 5). Lignin

adalah polimer tri-dimensional fenil propana yang dihubungkan dengan beberapa

ikatan berbeda antara karbon-ke-karbon dan beberapa ikatan lain antara unit fenil

propana yang tidak mudah dihirolisis. Senyawa ini adalah fenol, eter fenol,

siringol dan homolog serta derivatnya (Girard,1992).

11

Gambar 5. Struktur Lignin

Lignin mulai mengalami dekomposisi pada temperatur 300-350oC dan

berakhir pada 400-450oC. Lignin terdiri dari daerah amorphous dan bentuk-

bentuk tersturktur seperti partikel tabung dan globul. Ada indikasi pula bahwa

struktur kimia dan tridimensional lignin sangat dipengaruhi oleh matriks

polisakarida. Simulasi dinamik menunjukkan bahwa gugus hidroksil dan metoksil

di dalam prekusor lignin dan oligomer mungkin berinteraksi dengan mikrofibril

selulosa sejalan dengan fakta bahwa lignin memiliki karakteristik hidrofobik.

12

2.4. Arang

Arang atau karbon aktif adalah karbon yang mengalami proses

pengaktifan dengan menggunakan bahan pengaktif sehingga pori-porinya terbuka,

luas permukaan karbon menjadi lebih besar, dan kapasitas adsorpsinya menjadi

lebih tinggi. Seiring dengan perkembangan teknologi adsorpsi, kebutuhan akan

karbon aktif sebagai adsorben semakin meningkat, sehingga pengembangan

tentang pembuatan karbon aktif masih potensial untuk dilakukan.

Arang merupakan adsorben yang sangat bagus, berwarna hitam pekat

karena hasil dari proses pengarangan (Gambar 6 a) dan banyak digunakan karena

luas permukaan dan volume mikropori sangat besar (Isam dkk., 2007), kapasitas

adsorpsi sangat besar, laju kinetika adsorpsi sangat cepat, dan relatif mudah dapat

diregenerasi (Dinesh dkk., 2007). Arang memiliki ikatan yang kuat antar atom

karbon penyusunnya (Gambar 6 b). Arang atau karbon aktif tersusun dari 90%

atom karbon.

(a) (b)

Gambar 6. (a). Arang Sabut Kelapa (b). Struktur Ikatan Karbon dalam Arang

Karbon aktif dapat diproduksi dari berbagai bahan yang mengandung

karbon. Ketertarikan pemilihan bahan baku (prekursor) untuk karbon aktif dalam

jumlah besar disebabkan: ketersediaannya, harga terjangkau, dan tidak

13

menyebabkan pencemaran, selain itu proses pembuatan dan penggunaan produk

juga merupakan hal yang dipertimbangkan (Madhava dkk., 2007).

Proses pembuatan karbon aktif melalui tiga tahap yaitu dehidrasi,

karbonisasi, dan aktifasi. Dehidrasi adalah proses penghilangan air dimana bahan

baku dipanaskan sampai temperatur 170oC. Karbonisasi adalah proses pemecahan

bahan-bahan organik menjadi karbon. Temperatur diatas 170oC akan

menghasilkan karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2). Pembentukan

karbon terjadi pada temperatur 400-600 oC. Aktifasi adalah proses perluasan pori

dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul

permukaan sehingga arang akan mengalami perubahan sifat fisika dan kimia,

yaitu luas permukaannya bertambah besar yang akan mempengaruhi daya

adsorpsi (Pertiwi,2009).

2.5. Adsorpsi

Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu

terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya

tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam

(Atkins, 1999).

Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul

pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan

cenderung menarik molekul-molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan

padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya,

konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa

gas atau zat terlarut dalam larutan. Menurut Giles dalam Osipow (1962), yang

14

bertanggung jawab terhadap adsorpsi adalah gaya tarik Van der Waals,

pembentukan ikatan hidrogen, pertukaran ion dan pembentukan ikatan kovalen.

Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas atau gas-cair.

Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut adsorbat, sedangkan

permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat disebut adsorben. Pada

adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan

adsorben. Adsorpsi adalah gejala pada permukaan, sehingga makin besar luas

permukaan, maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Walaupun demikian,

adsorpsi masih bergantung pada sifat zat pengadsorpsi (Fatmawati, 2006).

Berdasarkan besarnya interaksi antara adsorben dan adsorbat, adsorpsi

dibedakan menjadi dua macam yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.

a. Adsorpsi Fisika

Dalam adsorpsi fisika, molekul-molekul teradsorpsi pada permukan

adsorben dengan ikatan yang lemah. Adsorpsi fisika terjadi bila gaya

intermolekuler lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik

yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini disebut

gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan

ke bagian permukaan lain dari adsorben (Reza, 2002). Adsorpsi ini berlangsung

cepat, dapat membentuk lapisan jamak (multilayer) dan dapat bereaksi balik

(reversibel), sehingga molekul-molekul yang teradsorpsi mudah dilepaskan

kembali dengan cara menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut.

Panas adsorpsi yang menyertai adsorpsi fisika yaitu berkisar 10 kJ/mol

(kira-kira mempunyai orde yang sama dengan kalor yang dilepaskan pada proses

kondensasi adsorbat) dan lebih panas dari adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika

15

umumnya terjadi pada temperatur yang rendah dan jumlah zat yang teradsorpsi

akan semakin kecil dengan naiknya suhu. Banyaknya zat yang teradsorpsi dapat

beberapa lapisan monomolekuler, demikian juga kondisi kesetimbangan tercapai

segera setelah adsorben bersentuhan dengan adsorbat. Hal ini dikarenakan dalam

fisika tidak melibatkan energi aktivasi.

b. Adsorpsi Kimia

Pada adsorpsi kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan

adsorben bereaksi secara kimia, karena adanya reaksi antara molekul-molekul

adsorbat dengan adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen, sehingga terjadi

pemutusan dan pembentukan ikatan (Reza, 2002). Oleh karena itu, panas

adsorpsinya mempunyai kisaran yang sama seperti reaksi kimia, yaitu berkisar

100 kJ/mol (mempunyai orde besaran yang sama dengan energi ikatan kimia).

Adsorpsi kimia bersifat irreversibel, hanya dapat membentuk lapisan

tunggal (monolayer) dan diperlukan energi yang banyak untuk melepaskan

kembali adsorbat (dalam proses adsorpsi). Pada umumnya, dalam adsorpsi kimia

jumlah (kapasitas) adsorpsi bertambah besar dengan naiknya temperatur. Zat yang

teradsorpsi membentuk satu lapisan monomolekuler dan relatif lambat tercapai

kesetimbangan karena dalam adsorpsi kimia melibatkan energi aktivasi (Oscik,

1982).

Menurut Lynam dalam Syahmani (2007), energi adsorpsi fisika adalah 42

kJ/mol sedangkan adsorpsi kimia berada dalam kisaran 42-420 kJ/mol. Secara

kualitatif perilaku adsorpsi dapat juga dipandang dari sifat polar ataupun nonpolar

antara zat padat (adsorben) dengan komponen larutan (adsorbat). Adsorben polar

akan cenderung mengadsorpsi kuat adsorbat polar dan lemah terhadap adsorbat

16

nonpolar, demikian juga sebaliknya. Adsorben polar akan mengadsorpsi kuat zat

terlarut polar dari pelarut nonpolar karena kelarutannya yang rendah dan

mengadsorpsi yang lemah dari pelarut polar karena kelarutannya yang tinggi,

demikian juga sebaliknya.

Menurut Hughes dan Poole (1984) proses adsorpsi melalui pertukaran ion

dan kompleksasi hanya berlangsung pada lapisan permukaan sel yang mempunyai

situs-situs yang bermuatan berlawanan dengan muatan ion logam sehingga

interaksinya merupakan interaksi pasif dan relatif cepat.

Molekul adsorben secara kimiawi dianggap mempunyai situs-situs aktif

atau gugus fungsional yang mampu berinteraksi dengan logam permukaan sel

seperti posfat, karboksil, amina dan amida. Jika proses adsorpsi melalui

pertukaran ion, adsorpsi dipengaruhi oleh banyak proton dalam larutan yang

berkompetisi dengan ion logam pada permukaan adsorben, sehingga pada pH

yang rendah jumlah proton melimpah, peluang terjadinya pengikatan logam oleh

adsorben relatif kecil, sebaliknya pada pH tinggi, jumlah proton relatif kecil

menyebabkan peluang terjadinya pengikatan logam menjadi besar.

2.5.1. Metode Sorpsi

Metode sorpsi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu statis (batch) dan

dinamis (kolom).

1. Cara statis yaitu ke dalam wadah yang berisi sorben dimasukkan larutan

yang mengandung komponen yang diinginkan, selanjutnya diaduk dalam

waktu tertentu, kemudian dipisahkan dengan cara penyaringan atau

dekantasi. Komponen yang telah terikat pada sorben dilepaskan kembali

17

dengan melarutkan sorben dalam pelarut tertentu dan volumenya lebih

kecil dari volume larutan mula-mula.

2. Cara dinamis (kolom) yaitu ke dalam kolom yang telah diisi dengan

sorben dilewatkan larutan yang mengandung komponen tertentu

selanjutnya komponen yang telah terserap dilepaskan kembali dengan

mengalirkan pelarut (eluen) sesuai yang volumenya lebih kecil.

Karena selektivitasnya yang tinggi, proses adsorpsi sangat sesuai untuk

memisahkan bahan dengan konsentrasi yang kecil dari campuran yang

mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi. Bentuk lain dari adsorpsi

adalah pertukaran ion (ion exchange).

Kecepatan adsorpsi tidak hanya bergantung pada perbedaan konsentrasi

dan luas permukaan adsorben, melainkan juga pada suhu, pH larutan, tekanan

(untuk gas), ukuran partikel, dan porositas adsorben tetapi juga bergantung pada

ukuran molekul bahan yang akan diadsorpsi dan viskositas campuran yang akan

dipisahkan (Hanjono, 1995).

2.5.2. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi

Menurut Gaol (2001), banyaknya adsorbat yang terserap pada permukaan

adsorben dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :

1. Jenis Adsorbat, dapat ditinjau dari

a. Ukuran molekul adsorbat, rongga tempat terjadinya adsorpsi dapat dicapai

melalui ukuran yang sesuai, sehingga molekul-molekul yang bisa diadsorpsi

adalah molekul-molekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari

diameter pori adsorben.

18

b. Polaritas molekul adsorbat, apabila diameter sama, molekul-molekul polar

lebih kuat diadsorpsi daripada molekul-molekul yang kurang polar, sehingga

molekul-molekul yang lebih polar bisa menggatikan molekul-molekul yang

kurang polar yang telah diserap.

2. Sifat Adsorben, dapat ditinjau dari :

a. Kemurnian adsorben, adsorben yang lebih murni memiliki daya serap yang

lebih baik

b. Luas Permukaan, semakin luas permukaan adsorben maka jumlah adsorbat

yang terserap akan semakin banyak pula.

c. Temperatur, adsorpsi merupakan proses eksotermis sehingga jumlah

adsorbat akan bertambah dengan berkurangnya temperatur adsorbat.

Adsorpsi fisika yang substansial biasa terjadi pada temperatur di bawah

titik didih adsorbat, terutama di bawah 50oC.

d. Tekanan, untuk adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat mengakibatkan

kenaikan jumlah zat yang diadsorpsi. Sebaliknya pada adsorpsi kimia,

jumlah yang diadsorpsi berkurang dengn naiknya temperatur adsorbat.

2.6. Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang terserap

pada padatan terhadap konsentrasi larutan. Persamaan yang dapat digunakan

untuk menjelaskan data percobaan isoterm dikaji oleh Freundlich, Langmuir, serta

Brunauer, Emmet dan Teller (BET). Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk

mempelajari mekanisme adsorpsi. Adsorpsi fase cair-padat pada umumnya

19

menganut tipe isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1999). Adsorben yang

baik memiliki kapasitas adsorpsi dan persentase penyerapan yang tinggi.

Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

(

)

Sedangkan persentase adsorpsi (efisiensi adsorpsi) dapat dihitung dengan

menggunakan rumus :

(

)

Keterangan :

C1 = Konsentrasi awal larutan (mg/L)

C2 = Konsentrasi akhir larutan (mg/L)

m = Massa adsorben (g)

V = Volume larutan (L)

Q = Kapasitas adsorpsi per bobot molekul (mg/g)

% E = Efisiensi penyerapan

Isoterm adsorpsi merupakan gambaran suatu keadaan kesetimbangan yaitu

tidak ada lagi perubahan konsentrasi adsorbat baik pada fasa terserap maupun

pada fasa gas atau cair. Isoterm adsorpsi umumnya digambarkan dalam bentuk

kurva atau plot distribusi kesetimbangan adsorbat antara fasa padat dengan fasa

gas atau cair pada suhu konstan.

Isoterm adsorpsi merupakan hal yang mendasar dalam penentuan kapasitas

dan afinitas adsorpsi suatu adsorbat pada permukaan adsorben. Kurva isoterm

untuk adsorpsi logam dalam sistem cair-padat didasarkan pada pengukuran

konsentrasi logam di fase cair pada kesetimbangan, sedangkan konsentrasi logam

pada fase padat diperoleh dari neraca massa menggunakan larutan pada saat awal

dan akhir percobaan.

20

2.6.1. Isoterm Langmuir

Tipe isoterm Langmuir merupakan proses adsorpsi yang berlangsung

secara kimisorpsi satu lapisan (Jason, 2004). Kimisorpsi adalah adsorpsi yang

terjadi melalui ikatan kimia yang sangat kuat antara sisi aktif permukaan dengan

molekul adsorbat dan dipengaruhi oleh densitas elektron. Adsorpsi satu lapisan

terjadi karena ikatan kimia biasanya bersifat spesifik, sehingga permukaan

adsorben mampu mengikat adsorbat dengan ikatan kimia. Kurva isoterm

Langmuir menggambarkan plot antara c dengan x/m (Gambar 7). Isoterm

Langmuir diturunkan berdasarkan teori dengan persamaan :

Keterangan :

x/m = jumlah adsorbat teradsorpsi perunit massa adsorben (mg/g)

C = konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah diadsorpsi

, = Konstanta empiris

Gambar 7. Kurva Isoterm Langmuir

Isoterm Langmuir dipelajari untuk menggambarkan pembatasan sisi

adsorpsi dengan asumsi bahwa sejumlah tertentu sisi sentuh adsorben ada pada

permukaannya dan semua memiliki energi yang sama, serta adsorpsi bersifat balik

(Atkins, 1999).

21

Konstanta dan dapat ditemukan dari kurva hubungan

terhadap c dengan persamaan :

2.6.2. Isoterm Freundlich

Isoterm Freundlich merupakan isoterm yang paling umum digunakan dan

dapat mencirikan proses adsorpsi dengan lebih baik (Jason, 2004). Isoterm

Freundlich menggambarkan hubungan antara sejumlah komponen yang

teradsorpsi per unit adsorben dan konsentrasi komponen tersebut pada

kesetimbangan (Gambar 8).

Gambar 8. Kurva Isoterm Freundlich

Freundlich memformulasikan persamaan isotermnya sebagai berikut :

Apabila dilogaritmakan, persamaan akan menjadi :

Keterangan :

x/m = jumlah adsorbat teradsorpsi perunit massa adsorben (mg/g)

C = konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah diadsorpsi

k,n = konstanta empiris

22

Isoterm Freundlich menganggap bahwa pada semua sisi permukaan

adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan. Isoterm

Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya sisi-sisi pada permukaan

adsorpsi pada saat kesetimbangan tercapai (Jason, 2004).

2.7. Logam Berat

Berdasarkan daya hantar elektrik, semua unsur kimia yang terdapat dalam

sistem periodik dapat dibagi menjadi 2 golongan (Cotton, 1986), yaitu logam dan

non logam. Logam mempunyai daya hantar panas dan elektrik yang tinggi

(konduktor), sedangkan non logam bersifat isolator. Berdasarkan kerapatannya,

logam dapat dibedakan atas 2 golongan, yaitu logam ringan dan logam berat.

Logam berat adalah semua jenis logam yang mempunyai berat jenis lebih besar

atau sama dengan 5 g/cm3, sedangkan logam yang mempunyai berat jenis kurang

dari 5 g/cm3 dikenal sebagai logam ringan.

Istilah logam berat secara khas mencirikan suatu unsur yang merupakan

konduktor yang baik, mudah ditempa, bersifat toksik dalam makhluk hidup,

mempunyai atom 22-92 dan terletak pada periode III dan IV dalam sistem

periodik unsur kimia (Cotton, 1986).

Logam berat adalah unsur-unsur yang umumnya digunakan dalam

industri, bersifat toksik bagi makhluk hidup dalam proses aerobik maupun

anaerobik. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi

dalam dua jenis yaitu logam berat esensial dan non esensial. Jenis pertama adalah

logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat

dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat

23

menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan

lain sebagainya. Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau

beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya

atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr, dan lain-lain.

Logam berat dapat menimbulkan efek gangguan terhadap kesehatan

manusia, tergantung pada bagian mana dari logam berat tersebut yang terikat

dalam tubuh serta besarnya dosis paparan. Efek toksik dari logam berat mampu

menghalangi kerja enzim sehingga mengganggu metabolisme tubuh,

menyebabkan alergi, bersifat mutagen, karsinogen bagi manusia ataupun hewan

(Widowati dkk., 2008).

Secara alamiah, Cu dan Pb masuk ke dalam badan perairan sebagai akibat

dari peristiwa erosi atau pengikisan batuan mineral dan melalui persenyawaan Cu

dan Pb di atmosfer yang dibawa oleh air hujan, serta berasal dari buangan

industri, pertambangan Cu dan Pb, dan lainnya. Hal tersebut dapat mempercepat

terjadinya peningkatan kelarutan Cu dan Pb dalam badan perairan. Dalam kondisi

normal, keberadaan Cu dan Pb dalam perairan ditemukan dalam bentuk senyawa

CuCO3, Cu(OH)2, Pb(OH)2, dan lain-lain. Bila dalam badan perairan terjadi

peningkatan kelarutan Cu dan Pb melebihi ambang batas yang seharusnya, maka

akan terjadi peristiwa biomagnifikasi terhadap biota-biota perairan.

2.7.1. Tembaga (Cu)

Tembaga atau cuprum adalah logam dengan nomor atom 29, massa atom

63,546 g/mol, titik lebur 1083oC, titik didih 2310

oC, jari-jari atom 1,173 A

o, jari-

jari ion Cu2+

0,96Ao. Tembaga adalah logam transisi (golongan IB) yang

24

berwarna kemerahan, dan mudah ditempa. Tembaga bersifat racun bagi makhluk

hidup. (Kundari et al., 2008).

Secara kimia, senyawa-senyawa dibentuk oleh logam Cu (tembaga)

mempunyai bilangan valensi +1 dan +2. Berdasarkan pada bilangan valensi yang

dibawanya logam Cu dinamakan juga cuppro untuk yang bervalensi +1 dan

cuppry untuk yang bervalensi +2. Kedua jenis ion Cu tersebut dapat membentuk

kompleks ion-kompleks ion yang sangat stabil seperti Cu(NH3)6Cl2. Logam Cu

dan beberapa bentuk persenyawaannya seperti CuO, CuCO3, Cu(OH)2 dan

Cu(CN)2 tidak dapat larut dalam air dingin atau panas, tetapi mereka dapat

dilarutkan dalam asam seperti H2SO4 dalam larutan basa NH4OH.

Senyawa Cu banyak digunakan dalam industri cat sebagai antifoling,

industri insektisida dan fungisida, sebagai katalis, baterai, elektroda, penarik

sulfur dan sebagai pigmen serta pencegah pertumbuhan lumut.

2.7.2. Timbal (Pb)

Timbal atau plumbum dalam keseharian lebih dikenal dengan timah hitam

merupakan logam yang lunak dan tahan terhadap korosi atau karat sehingga

logam timbal sering digunakan sebagai bahan coating. Pb adalah logam dengan

nomor atom 82 dan nomor massa 207,2 g/mol. Pb dan persenyawaannya dapat

berada dalam badan perairan secara alamiah dan sebagai dampak terhadap

aktivitas manusia.

Secara alamiah, Pb dapat masuk ke badan perairan melalui pengkristalan

Pb di udara dengan bantuan air hujan. Pb yang masuk ke dalam badan perairan

sebagai dampak aktivitas manusia diantaranya adalah air buangan limbah dari

25

industri yang berkaitan dengan Pb, misalnya dari pertambangan bijih timah hitam

dan buangan sisa industri baterai.

Senyawa Pb yang ada dalam badan perairan dapat ditemukan dalam

bentuk ion-ion divalen atau ion-ion tetravalen (Pb2+

, Pb4+

). Ion Pb tetravalen

mempunyai daya racun yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan ion Pb

divalen. Timbal bersifat toksik bagi semua organisme hidup, bahkan juga sangat

berbahaya untuk manusia. Dalam badan perairan, konsentrasi Pb yang mencapai

188 mg/L dapat membunuh ikan-ikan. Keracunan timbal bersifat akut dan kronis.

Hal itu disebabkan senyawa-senyawa Pb dapat memberikan racun terhadap

banyak fungsi organ dan sistem syaraf yang terdapat dalam tubuh (Palar, 1994).

2.8. Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)

Spektrofotometer serapan atom (SSA) merupakan metode yang

memanfaatkan fenomena penyerapan energi sinar oleh atom netral dalam bentuk

gas sebagai dasar pengukuran dan sangat tepat digunakan untuk analisis zat pada

konsentrasi rendah. Atom-atom bebas dapat dihasilkan dengan cara

menyemprotkan sampel yang berupa larutan atau suspensi ke dalam nyala.

Besarnya kepekatan analit ditentukan dari besarnya penyerapan berkas sinar garis

resonansi yang melewati nyala.

Cara analisis ini selain atomisasi dengan nyala dapat pula dilakukan

dengan tanpa nyala (flameless atomizer), yaitu dengan menggunakan energi listrik

dengan batang karbon (CRA = Carbon Rod Atomizer) atau bahkan dengan uapnya

saja seperti pada analisis merkuri (Ewing, 1985).

26

Dalam Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) dengan nyala, biasanya

terdapat empat jenis nyala yang digunakan sebagai bahan bakar pada SSA, yaitu:

1. Asetilen udara, suhu yang dihasilkan oleh campuran ini adalah sekitar

2300-2400 oC dengan burning velocity 160 cm/det.

2. Nitrous oksida asetilen, campuran ini dapat menghasilkan nyala

dengan panas 3200oC, tetapi burning velocyty nya cukup besar yaitu

220 cm/det.

3. Udara hidrogen

4. Argon udara hidrogen (Suryana, 2001).

Keuntungan metode SSA adalah sebagai berikut :

a. Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur yang berlainan dapat

diukur.

b. Pengukuran dan preparasi terhadap sampel lebih mudah dibandingkan

dengan metode lainnya, seperti kolorimetri (pembentukan senyawa

berwarna), gravimetrik (endapan dikeringkan terlebih dahulu),

c. Output data (absorban) dapat langsung dibaca.

d. Dapat diaplikasikan kepada jenis unsur dalam banyak jenis.

2.8.1. Prinsip Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)

Metode SSA berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom

menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung sifat

unsurnya. SSA adalah cara analitis yang berdasarkan pada proses penyerapan

energi radiasi gelombang elektromagnetik oleh populasi atom yang berbeda pada

tingkat energi yang lebih tinggi. Jika pada sejumlah populasi atom yang berada

pada tingkat energi dasar (Eo) dberikan seberkas radiasi gelombang

27

elektromagnetik dengan tingkat energi tertentu (sesuai dengan besarnya energi

untuk menaikkan tingkat energi atom dari Eo E1) maka sebagian dari energi

radiasi akan diserap oleh atom dan tingkat energi atom naik dari Eo E1.

Energi radiasi gelombang elektromagnetik yang tidak mengalami

penyerapan akan keluar dari populasi atom dan intensitasnya berkurang sesuai

dengan jumlah atom yang mengalami perpindahan tingkat energi. Dengan

demikian, pengurangan intensitas radiasi pada panjang gelombang yang sesuai

dapat diukur dan besarnya sebanding dengan populasi atom yang menyerap

radiasi tersebut. Dengan mengukur jumlah energi yang diserap, maka dapat

menentukan konsentrasi atom elemen yang diuji dalam contoh (Suryana, 2001).

Hubungan antara konsentrasi atom logam dengan pengukuran cahaya yang

diabsorpsi ditunjukkan dengan persamaan Lambert-Beer :

A = -log Ic/Io = Kv.d.c

Keterangan :

A = Absorbansi

Io = Intensitas cahaya awal (erg/detik)

Ic = Intensitas cahaya setelah sebagian diabsorpsi oleh contoh (erg/detik)

Kv = Absortivitas molar-konstan (mol/L.cm)

d = Tebal media (cm)

c = Konsentrasi atom analit dalam contoh (mol/L)

Secara sederhana skema alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) dapat

dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Komponen-komponen utama SSA

28

1. Sumber Cahaya

Sumber cahaya yang banyak digunakan adalah lampu katoda berongga

(Gambar 10), tabung yang bermuatan gas sumber radiasi yang baik adalah sumber

radiasi yang memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

a. Memancarkan intensitas sinar dengan pita radiasi yang sempit.

b. Tidak mengabsorbsi sendiri.

c. Tidak ada background yang kontinyu.

Gambar 10. Lampu katoda

2. Sistem Atomisasi

Sistem pengatoman dengan nyala terdiri dari pembakar (burner), pengabut

(nebulizer) dan pengatur aliran gas serta kapiler (Gambar 11). Sedangkan sistem

pengatoman tanpa nyala yaitu pemanasan secara listrik oleh batang karbon dengan

tahapan pengeringan (drying), pengabuan (ashing) dan pengatoman (atomizing).

Gambar 11. Nebulizer,Burner dan Spray Chamber

29

Sistem pengatoman dengan nyala berfungsi untuk mengubah populasi

unsur dalam larutan menjadi populasi atom dimana akan dilakukan pengukuran

absorpsi. Proses yang terjadi dalam atomisasi secara umum adalah :

1. Nebulasi yaitu pengubahan cairan ke dalam bentuk kabut aerosol

2. Pemisahan titik-titik kabut dengan sebaran ukuran yang benar

3. Pencampuran kabut dengan gas memasukannya ke dalam burner

Gas (biasanya oksigen untuk pembakar) dialirkan ke dalam spray chamber

melalui venturi akibatnya cairan sampel terisap ke atas dan dialirkan ke dalam

spray chamber. Titik air yang besar akan mengalir ke bawah sedangkan yang

halus terus masuk ke dalam pembakar, diameter dari partikel-partikel biasanya

lebih kecil dari 2 m. Pada bagian spray chamber kabut sampel dicampur dengan

bahan bakar kemudian dimasukkan ke dalam pembakar. Campuran bahan bakar

dan oksigen harus diperhatikan dan disesuaikan dengan unsur yang dipakai.

3. Sistem Monokromator

Sistem pemilih panjang gelombang berfungsi untuk memisahkan radiasi

yang tidak diserap oleh populasi atom (yang berasal dari lampu katoda cekung)

dari radiasi-radiasi lain yang tidak diperlukan dan akan mengganggu pengukuran

intensitas radiasi yang diperlukan. Sistem monokromator terdiri dari gabungan

cermin, lensa dan prisma atau kisi (grating). Sistem monokromator ini ada yang

menggunakan saluran tunggal (single beam) dan saluran ganda (double beam).

4. Detektor

Detektor pada SSA berfungsi untuk mengubah intensitas radiasi menjadi

arus atau sinyal listrik. Keluaran dari detektor diumpankan ke suatu sistem

pencatat yang sesuai. Alat pencatat ini digunakan untuk mengubah dan mencatat

30

sinyal-sinyal listrik yang berasal dari suatu detektor ke suatu bentuk yang mudah

dibaca oleh operator, misalnya dalam bentuk angka-angka digital sesuai dengan

hasil analisis.

Detektor yang dipakai SSA pada umumnya adalah photomultiplier tube.

Photomultiplier tube menghasilkan sinyal listrik sebanding dengan intensitas

cahaya pada panjang gelombang yang telah dipisahkan oleh monokromator.

5. Sistem Pengolahan

Berfungsi untuk mengolah kuat arus yang dihasilkan oleh detektor

menjadi besaran daya serap atom transmisi yang selanjutnya diubah menjadi

besaran konsentrasi.

6. Pencatat (rekorder)

Berfungsi untuk mencatat hasil yang dikeluarkan oleh sistem pengolahan.

2.8.2. Metode Analisis

Ada tiga teknik yang dipakai dalam analisis secara spektrofotometri.

1. Metode Standar Tunggal

Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar

yang telah diketahui konsentrasinya (Cstd). Selanjutnya absorbansi larutan standar

(Astd) dan absorbansi larutan sampel (Asmp) diukur dengan spektrofotometri.

Dengan mengukur absorbansi larutan sampel dan standar, konsentrasi larutan

sampel dapat dihitung.

31

2. Metode Kurva Kalibrasi

Dalam metode ini dibuat suatu seri larutan standar dengan berbagai

konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut diukur denganSSA. Langkah

selanjutnya adalah membuat grafik antara konsentrasi (C) dengan absorbansi (A)

yang akan membentuk garis lurus melewati titik nol dengan slope = a.b.C larutan

sampel dapat dicari setelah absorbansi larutan sampel diukur dan diintrapolasi ke

dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus yang

diperoleh dengan menggunakan program regresi linier pada kurva kalibrasi.

3. Metode Standar Adisi

Metode ini dipakai secara luas karena mampu meminimalkan kesalahan

yang disebabkn oleh perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standar.

Dalam metode ini dua atau lebih sejumlah volume tertentu dari sampel

dipindahkan ke dalam labu takar. Satu larutan diencerkan sampai volume tertentu

kemudian diukur absorbansinya tanpa ditambah dengan zat standar, sedangkan

larutan yang lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebih dahulu dengan

sejumlah tertentu larutan standard dan diencerkan seperti pada larutan yang

pertama. Menurut hukum Beer :

Ax = k.Cx AT = k (Cx + Cs)

Keterangan :

Cx = Konsentrasi zat sampel

Cs = Konsentrasi zat standar yang ditambahkan ke larutan sampel

Ax = Absorbansi zat sampel (tanpa penambahan zat standar)

As = Absorbansi zat sampel + zat standar

32

Jika kedua persamaan diatas digabung akan menjadi :

Cx = Cs x (Ax/(AT Ax))

Konsentrasi zat dalam sampel (Cx) dapat dihitung dengan mengukur Ax dan AT

dengan spektrofotometer.

33

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan selama lima bulan yang dilaksanakan dari bulan

Juli November 2011. Tempat pelaksanaan penelitian ini adalah di Laboratorium

Penelitian Kimia, Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Universitas Islam Negeri

Syarif Hidayatullah Jakarta, dengan alamat di jalan Ir. H.Juanda No.95, Ciputat,

15412.

3.2. Alat dan Bahan

3.2.1. Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Spektrofotometer serapan

atom Aanalyst 700 Perkin Elmer (SSA), shaker incubation (Heidolph Incubator

1000), ayakan dengan ukuran partikel 212 m Retsch, timbangan analitik, pH

meter, furnace, kertas saring, blender, dan peralatan gelas lainnya.

3.2.2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sabut kelapa (diambil

dari penjual minuman es kelapa di daerah Jakarta Selatan) yang sudah diberikan

perlakuan sebelumnya, CuSO4 (tembaga (II) sulfat), Pb(NO3)2 (timbal (II) nitrat),

HNO3 p.a. (asam nitrat), NaOH (natrium hidroksida), C6H8O7 (asam sitrat),

C6H5O7Na3.2H2O (trinatrium sitrat dihidrat), KH2PO4 (kalium dihidrogen posfat),

Na2HPO4.2H2O (dinatrium hidrogen posfat dihidrat) , aquadest, dan air limbah.

34

3.3. Preparasi Sampel Sabut Kelapa

Sabut kelapa dikeringanginkan dibawah sinar matahari selama satu

minggu kemudian di potong- potong dengan ukuran 1 cm, kemudian diarangkan

pada suhu 250oC selama 2,5 jam sehingga menjadi serbuk arang. Arang tersebut

dihaluskan dengan blender. Setelah itu, diayak dengan pengayak ukuran partikel

212 m (Saniyyah, 2010).

3.4. Penentuan Kondisi Optimum

3.4.1. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan Ion Logam Tembaga

(Cu) dan Timbal (Pb)

Arang sabut kelapa dengan ukuran partikel 212 m ditimbang masing-

masing dengan massa 0,5 ; 1 ; dan 1,5 gram, dimasukkan masing-masing

kedalam erlenmeyer 100 mL. Kemudian dimasukkan 20 mL larutan ion logam

dengan konsentrasi 10 mg/L ke dalam erlenmeyer. Erlenmeyer tersebut

diletakkan pada shaker incubation dengan kecepatan pengadukan 180 rpm pada

suhu ruang selama 30 menit. Setelah itu campuran disaring dengan menggunakan

kertas saring. Filtrat hasil saringan dimasukkan kedalam vial dan ditambahkan

satu tetes HNO3 pekat dan selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan

SSA.

3.4.2. Pengaruh pH Larutan Terhadap Penyerapan Ion Logam Tembaga



masing dengan massa 1,5 gram. Setelah itu, dimasukkan kedalam erlenmeyer

100 mL dan ditambahkan 20 mL larutan ion logam 10 mg/L dengan variasi pH 3,

4, 5, dan 6. Sedangkan untuk ion logam tembaga (Cu) dibuat juga larutan dengan

35

pH 7. Erlenmeyer yang berisi adsorben dan larutan ion logam dengan pH tertentu


suhu ruang selama 30 menit. Setelah itu campuran dipisahkan dengan cara

disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat hasil saringan dimasukkan

kedalam vial dan ditambahkan satu tetes HNO3 pekat dan selanjutnya konsentrasi

ion logam diukur dengan SSA.

3.4.3. Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Terhadap Penyerapan Ion Logam

Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb)



100 mL dan ditambahkan 20 mL larutan ion logam dengan variasi konsentrasi

10, 20, 30, dan 40 mg/L dengan pH optimum. Erlenmeyer tersebut diletakkan

pada shaker incubation dengan kecepatan pengadukan 180 rpm pada suhu ruang

selama 30 menit. Setelah itu campuran dipisahkan dengan cara disaring dengan

menggunakan kertas saring. Filtrat hasil saringan dimasukkan kedalam vial dan

ditambahkan satu tetes HNO3 pekat dan selanjutnya konsentrasi ion logam

diukur dengan SSA.

3.4.4. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion Logam




100 mL dan ditambahkan 20 mL larutan ion logam dengan konsentrasi optimum

dan pH optimum untuk masing-masing ion logam. Erlenmeyer tersebut


suhu ruang dengan variasi waktu pengadukan 30, 60, 90, dan 120 menit. Setelah

36

itu campuran dipisahkan dengan cara disaring dengan menggunakan kertas

saring. Filtrat hasil saringan dimasukkan kedalam vial dan ditambahkan satu tetes

HNO3 pekat dan selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.

3.4.5. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan Ion Logam


Sabut kelapa yang telah dikering anginkan dan dihaluskan, dipanaskan

dalam furnace dengan variasi temperatur pengarangan 250 oC, 350

oC, 450

oC,

dan 550oC. Arang sabut kelapa yang telah terbentuk dengan variasi temperatur

pengarangan tersebut ditimbang masing-masing 1,5 gram. Setelah itu,

dimasukkan kedalam erlenmeyer 100 mL dan ditambahkan 20 mL larutan ion

logam dengan konsentrasi dan pH optimum untuk masing-masing logam.

Erlenmeyer tersebut diletakkan pada shaker incubation dengan kecepatan

pengadukan 180 rpm pada suhu ruang selama 30 menit. Setelah itu campuran

dipisahkan dengan cara disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat hasil

saringan dimasukkan kedalam vial dan ditambahkan satu tetes HNO3 pekat dan

selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.

3.5. Aplikasi Limbah

Air limbah Laboratorium Kimia Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta, Laboratorium Balai Teknologi Lingkungan, dan air limbah

pencucian aki diambil kemudian disaring untuk memisahkan larutan dari padatan

yang tidak larut. Setelah itu diukur konsentrasi awal dari ion logam tembaga (Cu)

dan timbal (Pb) sebelum dilakukan adsorpsi menggunakan arang sabut kelapa.

Kemudian air limbah yang telah diukur konsentrasi ion logam awal, dilakukan

pengaturan pH agar tercapai pH optimum untuk masing-masing logam.

37

Dengan menggunakan kondisi optimum yang diperoleh, arang sabut

kelapa ditimbang sebanyak 1,5 gram. Setelah itu dimasukkan kedalam

erlenmeyer 100 mL dan ditambahkan 20 mL larutan ion logam dengan

konsentrasi dan pH optimum untuk masing-masing logam. Erlenmeyer tersebut


suhu ruang selama 30 menit. Setelah itu campuran dipisahkan dengan cara

disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat hasil saringan dimasukkan ke

dalam vial dan ditambahkan satu tetes HNO3 pekat dan selanjutnya konsentrasi

ion logam diukur dengan SSA.

38

3.6. Bagan Alir Penelitian

Pengeringan dibawah

sinar matahari

Sampel dihaluskan

Preparasi Sampel

(Sabut Kelapa)

Sampel diarangkan

Penentuan

Kondisi Optimum

1. Massa

Adsorben

3. Konsentrasi

Ion Logam

2. pH

Larutan

4. Lama

Pengadukan

5. Temperatur

Pengarangan

Penentuan Isoterm

Aplikasi Terhadap Limbah

39

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Penentuan Kondisi Optimum

Penelitian yang telah dilakukan diawali dengan menggunakan sampel

sabut kelapa (212 m) tanpa pengarangan sebagai adsorben. Hasil pengukuran

efisiensi penyerapan ion logam tembaga (Cu) dan timbal (Pb) oleh sabut kelapa

ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Cu dan Pb Oleh Sabut Kelapa

No Ion

Logam

Massa

Adsorben (g)

C

(mg/L)

C1 (mg/L)

C2

(mg/L) %E

Q

(mg/g)

1 Cu 1,5000 10 8,1815 7,4635 8,78 0,0095

2 Pb 1,5000 10 10,7329 9,9670 7,13 0,0093

Pada Tabel 2 menunjukkan nilai efisiensi penyerapan ion logam Cu

(8,78%) dan Pb (7,13%) dengan menggunakan sabut kelapa tidak maksimal. Hal

ini disebabkan karena struktur pori sabut kelapa pada permukaan sabut kelapa

belum terbuka sempurna sehingga daya serap terhadap adsorbatnya kecil. Oleh

karena itu, untuk mendapatkan nilai efisiensi penyerapan maksimal dilakukan

pengarangan pada sabut kelapa untuk mengaktivasi struktur pori (sisi aktif) secara

sempurna.

Berikut adalah data hasil lima parameter penentuan kondisi optimum

adsorpsi logam Cu dan Pb oleh arang sabut kelapa, yaitu massa adsorben, pH,

konsentrasi ion logam, lama pengadukan, dan temperatur pengarangan.

40

4.1.1.Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan Ion Logam Tembaga


Hasil pengukuran pengaruh massa arang sabut kelapa terhadap penyerapan

ion logam Cu dan Pb ditunjukkan pada Tabel 4 dan 5 (Lampiran 1) dan Gambar

12. Variasi massa adsorben yang digunakan adalah 0,5 ; 1 ; dan 1,5 gram. Hal ini

terkait dengan skala perbandingan massa adsorben dengan volume larutan ion

logam yang digunakan (20 mL). Jika massa adsorben diperbesar maka adsorben

tidak akan teraduk secara sempurna (tidak bersinggungan dengan adsorbat)..

Pada Gambar 12 menunjukkan bahwa untuk kedua logam massa arang

sabut kelapa berbanding lurus dengan nilai efisiensi penyerapan yaitu semakin

banyak arang sabut kelapa yang digunakan maka semakin besar pula nilai

efisiensi penyerapannya.

Gambar 12. Pengaruh Massa Adsorben Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu

dan Pb (Volume Larutan 20 mL, Konsentrasi Ion Logam 10

mg/L, Lama Pengadukan 30 menit, dan Temperatur Pengarangan

Adsorben 250 oC).

Menurut Barros (2003), nilai efisiensi penyerapan akan meningkat jika

terjadi peningkatan massa adsorben. Hal ini disebabkan karena terjadi

peningkatan sisi aktif adsorben. Semakin banyak arang sabut kelapa yang

digunakan maka akan semakin bertambah sisi aktif adsorben arang sabut kelapa

untuk proses penyerapan adsorbat (logam Cu dan Pb) ke permukaan partikel arang

0

5

10

15

20

0 0.5 1 1.5 2Efi

sien

si P

eny

era

pa

n

(%)

Massa Adsorben (g)

Pb

Cu

41

sabut kelapa. Efisiensi adsorpsi menyatakan banyaknya konsentrasi ion logam

yang diadsorpsi oleh adsorben sehingga nilainya ditentukan oleh perubahan

konsentrasi ion logam setelah diadsorpsi oleh adsorben.

Sementara jika adsorben (arang sabut kelapa) yang digunakan lebih sedikit

maka adsorbat yang di adsorp juga lebih sedikit, karena sisi aktif adsorben dalam

larutan logam tidak tersedia untuk mengadsorp ion logam secara maksimal. Sisi

aktif seluruh permukaan partikel arang sabut kelapa sudah mengadsorp logam Cu

dan Pb. Jadi, massa maksimum arang sabut kelapa terhadap adsorpsi ion logam

Cu dan Pb yang digunakan pada penelitian ini adalah 1,5 gram.

4.1.2. Pengaruh pH Larutan Terhadap Penyerapan Ion Logam Tembaga


Nilai pH merupakan faktor internal yang mempengaruhi kesetimbangan

kimia didalam larutan logam. Variasi pH yang digunakan yaitu pada kondisi asam

(3, 4, 5, 6, dan 7). Hal ini dikarenakan pada kondisi basa (pH 8-14) logam lebih

cenderung bereaksi dengan ion hidroksida (OH-) yang ditandai dengan

terbentuknya endapan hidroksida di akhir reaksi.

Data pengaruh pH terhadap penyerapan ion logam Cu dan Pb dapat dilihat

pada Tabel 6 dan 7 (Lampiran 1) dan Gambar 13.

Gambar 13 . Pengaruh pH Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu dan Pb.

(Volume Larutan 20 mL, Konsentrasi Ion Logam 10 mg/L,

Lama Pengadukan 30 menit, dan Temperatur Pengarangan

Adsorben 250 oC).

0

50

100

150

0 2 4 6 8

Efi

sien

si

Pen

yer

ap

an

(%

)

pH

Pb

Cu

42

Pada Gambar 13 terlihat bahwa untuk penyerapan logam Cu semakin

tinggi nilai pH maka terjadi peningkatan efisiensi penyerapan. pH optimum untuk

penyerapan logam Cu adalah pada pH 6, karena efisiensi penyerapannya tertinggi

(94,92%). Sementara pada pH 7 nilai efisiensi penyerapan tetap terus meningkat,

Hal ini disebabkan oleh pada kondisi netral (pH 7) akan terjadi reaksi hidrolisis

karena jumlah ion H+

sama dengan ion OH-, sehingga pada kondisi ini logam tidak

stabil dalam bentuk ion, adsorbat lebih cenderung bereaksi untuk membentuk

senyawa. Sehingga berkurangnya ion logam Cu pada larutan terjadi bukan karena

terserap ke permukaan adsorben, tetapi karena logam Cu bereaksi untuk

membentuk senyawa (Fatoni, 2009).

Nilai pH merupakan faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia

dalam suatu larutan. Ion-ion H+, OH

-, dan molekul adsorbat (logam) akan terjadi

kompetisi untuk bereaksi baik logam dengan ion H+/OH

- maupun logam dengan

molekul yang terikat pada permukaan adsorben.

Pada pH 3 dan 4 jumlah proton (ion H+) lebih banyak dibandingkan

dengan ion OH-, hal ini memungkinkan terjadinya proses adsorpsi lebih besar

dibandingkan pada pH tinggi.

Pada kondisi basa (pH 8-14), jumlah ion OH- lebih banyak dibandingkan

proton (ion H+) didalam larutan. Banyaknya ion OH

- dalam larutan

mengakibatkan timbulnya reaksi antara adsorbat (logam Pb dan Cu) yang

bermuatan positif dengan ion OH- yang ditandai dengan terbentuknya endapan

Pb(OH)2 dan Cu(OH)2 sehingga efisiensi penyerapannya sulit untuk ditentukan,

karena tidak diketahuinya logam bereaksi dengan ion OH-

atau terserap ke

permukaan arang sabut kelapa .

43

Faktor lain yang mempengaruhi proses adsorpsi adalah kecepatan gerak

partikel dalam larutan. Ion OH- dalam larutan cenderung bergerak lebih cepat

untuk mencari kation membentuk ikatan ion. Logam Pb dan Cu yang bermuatan

positif (kation) lebih cepat terikat oleh ion OH- membentuk senyawa hidroksida,

karena sudah bereaksi, maka ion-ion logam tidak akan mengalami proses

adsorpsi. Oleh karena itu, proses adsorpsi logam cenderung terjadi pada kondisi

asam. Untuk adsorpsi ion logam Pb, pH optimum adsorpsi adalah pada pH 4 dan

ion logam Cu pada pH 6.

4.1.3. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan Ion Logam Tembaga


Kemampuan suatu adsorben untuk mengadsorpsi logam sangat

dipengaruhi oleh konsentrasi ion logam. Hasil pengaruh konsentrasi ion logam

terhadap penyerapan ion logam tembaga dan timbal oleh arang sabut kelapa

ditunjukkan pada Tabel 8 dan 9 (Lampiran 1) dan Gambar 14.

Gambar 14. Pengaruh Konsentrasi Terhadap Penyerapan Ion Logam Cu danPb.

(Volume Larutan 20 mL, Lama Pengadukan 30 menit, dan

Temperatur Pengarangan 250 oC).

Pada Gambar 14 terlihat penurunan efisiensi penyerapan. Hal ini

disebabkan karena pada konsentrasi ion logam yang lebih besar terdapat

ketidakseimbangan antara jumlah ion logam yang akan diserap (adsorbat)

020406080

100120

0 10 20 30 40 50

Efi

sien

si P

eny

era

pa

n

(%)

Konsentrasi (mg/L)

Pb

Cu

44

terhadap sisi aktif adsorben yaitu kuantitas jumlah adsorbat lebih banyak didalam

larutan dibandingkan dengan sisi aktif adsorben. Pada kondisi ini permukaan

adsorben akan mengalami titik jenuh sehingga adsorbat akan kembali terlepas dari

permukaan adsorben (desorpsi) (Fatoni, 2009).

Dengan meningkatnya konsentrasi ion logam didalam larutan, terjadi

penurunan efisiensi penyerapan dan peningkatan kapasitas penyerapan. Efisiensi

adsorpsi menyatakan banyaknya konsentrasi ion logam yang diadsorpsi oleh

adsorben sehingga nilainya ditentukan oleh perubahan konsentrasi ion logam

setelah diadsorpsi oleh adsorben.

4.1.4. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion Logam


Hasil pengaruh lama pengadukan terhadap adsorpsi logam Pb dan Cu

ditunjukkan pada Tabel 10 dan 11 (Lampiran 1) dan Gambar 15.

Gambar 15. Pengaruh Lama Pengadukan Terhadap Penyerapan Ion Logam

Cu danPb. (Volume Larutan 20 mL, Konsentrasi Ion Logam 10

mg/L, dan Temperatur Pengarangan 250 oC).

Pada Tabel 10 dan 11 terlihat bahwa pada adsorpsi kedua logam (Cu dan

Pb) memiliki nilai kapasitas adsorpsi yang relatif tidak berubah (Cu (0,0672;

0,1138; 0,1121; 0,1143) dan Pb (0,1065; 0,1713; 0,1715; 0,1711) mg/g ). Hal ini

93

94

95

96

97

98

99

100

0 50 100 150

Efi

sien

si P

eny

era

pa

n (

%)

Lama Pengadukan (menit)

Pb

Cu

45

disebabkan karena kemampuan penyerapan adsorben arang sabut kelapa terhadap

adsorbat sudah mencapai nilai maksimum. Semakin lamanya waktu pengadukan

pada shaker incubation dapat melepas adsorbat dari permukaan adsorben.

Dari Gambar 15 terlihat bahwa parameter lama pengadukan tidak

mempengaruhi proses penyerapan secara signifikan. Nilai efisiensi dan kapasitas

penyerapan ion logam memperlihatkan nilai yang stabil. Untuk ion logam Pb nilai

efisiensi penyerapannya berkisar antara 97-98% sedangkan untuk ion logam Cu

berkisar antara 94-95% . Oleh karena itu, untuk proses adsorpsi kedua ion logam

digunakan lama pengadukan optimum berlangsung selama 30 menit. Hal ini

dilakukan untuk mengefisienkan waktu, nilai efisiensi penyerapan tertinggi untuk

ion logam Cu dicapai pada lama pengadukan 60 menit, tetapi nilai efisiensi

penyerapan waktu 30 menit tidak mengalami peningkatan sesuai dengan

peningkatan lamanya waktu pengadukan hingga 60 menit.

Untuk ion logam Pb nilai efisiensi penyerapan tertinggi pada lama

pengadukan 30 menit. Setelah 30 menit, adsorbat mengalami desorpsi sehingga

nilai efisiensinya mengalami penurunan. Hal ini menunjukkan adsorpsi ion logam

Pb berlangsung secara fisisorpsi yang memiliki kekuatan ikatan yang lemah.

4.1.5. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan Ion Logam


Pada parameter ini adsorben sabut kelapa dipanaskan tanpa berhubungan

dengan udara luar dan diberi variasi suhu yang dipakai. Hal ini dikenal dengan

proses pirolisis. Pada proses pirolisis akan terjadi reaksi penguraian dari senyawa-

senyawa kompleks penyusun dan menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu

padatan, cairan dan gas (Widjaya, 1982).

46

Hasil arang dari variasi temperatur 250, 350, 450, dan 550 oC secara fisik

tidak memperlihatkan perbedaan secara signifikan. Setelah dilakukan pengadukan

selama 30 menit, warna larutan filtrat yang dihasilkan pada masing-masing

temperatur berbeda-beda. Perbedaan warna filtrat hasil penyaringan disebabkan

karena adanya senyawa-senyawa yang hilang pada proses pembakaran menjadi

arang. Semakin tinggi temperatur yang dipakai, maka akan semakin banyak

senyawa-senyawa yang hilang (Prananta, 2010). Hal ini menyebabkan filtrat hasil

saringan oleh arang sabut kelapa 550 oC lebih jernih dibandingkan dengan arang

sabut kelapa 250 oC dan 350

oC.

Data penyerapan logam Cu dan Pb untuk parameter temperatur

pengarangan dapat dilihat pada Tabel 12 dan 13 (Lampiran 1) dan Gambar 16.

Dari hasil tersebut konsentrasi ion logam Pb memiliki nilai efisiensi penyerapan

yang stabil (99%). Hal ini menunjukkan adsorpsi ion logam Pb tidak dipengaruhi

oleh temperatur pengarangan sabut kelapa dalam proses pembuatan menjadi

arang.

Gambar 16. Pengaruh Temperatur Pengarangan Terhadap Penyerapan Ion Logam

Cu danPb. (Volume Larutan 20 ml, Konsentrasi Ion Logam 10 mg/L,

dan Lama Pengadukan 30 menit).

Pada adsorpsi ion logam Cu, arang sabut kelapa dengan temperatur

pemanasan 550 oC mengalami penurunan efisiensi penyerapan. Hal ini disebabkan

karena struktur sisi aktif arang sabut kelapa mengalami perubahan. Pada

85

90

95

100

105

0 200 400 600

Efi

sien

si

Pen

yer

ap

an

(%

)

Temperatur Pengarangan (oC)

Pb

Cu

47

temperatur tinggi (diatas 500 oC) akan terjadi reaksi kondensasi dan pembentukan

senyawa baru seperti senyawa hidrokarbon polisiklik aromatis, sehingga

mempengaruhi proses adsorpsi. Hal ini dikarenakan gugus OH yang

mempengaruhi proses adsorpsi pada suhu tinggi akan bereaksi membentuk

senyawa baru seperti siringol, fenol, dan derivatnya. (Prananta, 2010).

4.2. Aplikasi Penyerapan Ion Logam Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb) dalam

Air Limbah

Limbah yang digunakan dalam aplikasi penyerapan ion logam dengan

menggunakan arang sabut kelapa berasal dari limbah laboratorium kimia Pusat

Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Jakarta, laboratorium analitik Balai Teknologi

Lingkungan (BTL) Serpong, dan limbah pencucian aki.

Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi awal dari ion logam yang akan

diukur denga SSA sebagai kontrol , air limbah yang telah diambil terlebih dahulu

disaring dengan kertas saring untuk memisahkan residu pengotor dan di atur pH

nya sesuai dengan pH optimum dari masing-masing logam.

Tabel 3 menunjukkan hasil analisis penyerapan ion logam Cu dan Pb

dalam air limbah dengan menggunakan adsorben berbeda yaitu arang sabut kelapa

dan arang tongkol jagung. Pada tabel tersebut terlihat bahwa penyerapan ion

logam Pb dua limbah laboratorium cukup baik karena konsentrasi ion logam Pb

mencapai nilai 99% untuk efisiensi penyerapannya.

Pada limbah pencucian aki memiliki nilai efisiensi penyerapan ion logam

Pb kecil dibandingkan efisiensi penyerapan pada limbah lab UIN dan BTL. Hal

ini disebabkan karena adanya kompetisi dengan ion hidroksida yang ditambahkan

48

pada larutan untuk mencapai pH optimum karena pH awal dari limbah pencucian

aki bersifat asam yang disebabkan aki menggunakan pelarut asam (H2SO4).

Tabel 3. Aplikasi Penyerapan Ion Logam Cu dan Pb Oleh Arang Sabut Kelapa

dan Arang Tongkol Jagung (Lestari, 2012) dalam Air Limbah.

Ion

Logam Limbah

Arang Sabut Kelapa Arang Tongkol Jagung

C1 C2 %E Q C1 C2 %E Q

Cu Lab UIN 8,5946 1,5314 82,18 0,0953 8,5946 2,4274 71,76 0,0826

Cu Lab BTL 9,5986 6,7549 29,62 0,0381 9,5986 5,0265 47,63 0,0604

Cu Aki 2,1312 2,5355 0 0 2,1312 2,2591 0 0

Pb Lab UIN 11,8197 0,0414 99,65 0,1552 11,8197 0,1863 98,42 0,1552

Pb Lab BTL 3,2706 0,0414 98,73 0,0931 3,2706 0,0414 98,73 0,0414

Pb Aki 22,2007 19,8099 10,76 0,0031 22,2007 1,6456 25,70 0,0072

Keterangan :

C1 = Konsentrasi Awal (mg/L)

C2 = Konsentrasi Akhir (mg/L)

%E = Efisiensi Penyerapan (%)

Q = Kapasitas Penyerapan (mg/g)

Pada Tabel 3 menunjukkan bahwa arang sabut kelapa dan arang tongkol

jagung (Lestari,2012) berpotensi sebagai adsorben yang memiliki kemampuan

mengadsorp ion logam Cu dan Pb dalam air limbah. Berdasarkan data pada Tabel

3 arang sabut kelapa memiliki nilai efisiensi penyerapan yang lebih besar

dibandingkan arang tongkol jagung. Hal ini disebabkan oleh kandungan senyawa

kimia yang mengandung gugus OH (selulosa, hemiselulosa, dan lignin) lebih

banyak pada sabut kelapa dibandingkan dengan tongkol jagung.

Sabut kelapa tersusun dari senyawa seperti selulosa, hemiselulosa dan

lignin yang mengandung gugus OH yang terikat dan dapat berinteraksi dengan

komponen adsorbat. Gugus OH pada suatu senyawa menyebabkan terjadinya sifat

49

polar pada komponen yang disusun. Dengan demikian adsorben arang sabut

kelapa lebih mengadsorpsi zat yang bersifat polar daripada zat yang kurang polar.

Fenomena ini sesuai dengan istilah like dissolves like . Mekanisme adsorpsi

yang terjadi antara gugus OH yang terikat pada permukaan dengan ion logam

yang bermuatan positif (kation) adalah sebagai berikut :

COH + M+ YO M + H+

COH +M2+ YO M

M + 2H+

YOM

M+ dan M

2+ adalah ion logam, -OH adalah gugus hidroksil dan C adalah

matriks tempat gugus OH terikat (selulosa). Interkasi antara gugus OH dengan

ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks

koordinasi karena atom oksigen pada gugus OH mempunyai pasangan elektron

bebas, sedangkan ion logam mempunyai ordital d kosong. Pasangan elektron

bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam,

sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks (Cotton, 1986).

4.3. Isoterm Adsorpsi

Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme

adsorpsi. Dalam penelitian ini digunakan dua model tipe isoterm. Tipe isoterm

adsorpsi dapat menunjukkan kesetimbangan adsorpsi ion logam Cu dan Pb

sebagai adsorbat dalam larutan (air limbah) dengan menggunakan adsorben arang

sabut kelapa. Kesetimbangan Adsorpsi fase padat-cair pada umumnya menganut

50

tipe isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1999). Ikatan yang terjadi antara

molekul adsorbat dengan permukaan adsorben dapat terjadi secara fisisorpsi dan

kimisorpsi. Perhitungan tipe adsorpsi ion logam Cu disajikan pada Tabel 14 dan

16 (Lampiran 2 dan 3). Dari kedua tabel tersebut dapat digambarkan kurva kedua

jenis tipe isoterm pada Gambar17.

(a) (b)

Gambar 17. Kurva (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion

Logam Tembaga (Cu) Oleh Arang Sabut Kelapa.

Pada adsorpsi ion logam Cu (Gambar 17), tipe isoterm Freundlich

menunjukkan linieritas yang lebih tinggi, yaitu 97,3% dibandingkan dengan

isoterm Langmuir yaitu 87%. Adsorpsi ion logam Cu cenderung lebih dominan

mengikuti tipe isoterm Freundlich. Jika adsorpsi cenderung mengikuti tipe isoterm

Freundlich maka adorpsi berlangsung secara fisisorpsi multilayer.

Mekanisme fisisorpsi memungkinkan terjadinya ikatan antar ion logam

yang terdapat dalam larutan maupun limbah, selain ikatannya dengan adsorben.

Kedua ikatan tersebut hanya terikat oleh gaya van der Waals sehingga ikatan

antara adsorbat dengan adsorben bersifat lemah. Hal ini memungkinkan adsorbat

bergerak bebas hingga akhirnya berlangsung proses adsorpsi banyak lapisan.

y

Unlock

Documents

Transcript of Unlock